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流动沙地建植人工固沙梭梭林的土壤演变过程

土壤学报 2020年第1期57卷 84-91页

作者：苏永中刘婷娜中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态-水文研究重点实验室

梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40 a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭... 详细信息

梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40 a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭梭植物与土壤反馈作用及其对植被系统演变的影响。结果表明,随着梭梭种植年限的增加,土壤黏粉粒、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量逐渐增加,但显著变化发生在种植9 a以后的0~20 cm表层土壤,而盐分的积累发生在0~100 cm整个土层,20~80 cm土层的盐分积累量高于表层0~20 cm;盐分组成中,24 SO-、Ca2+和Na+含量随着梭梭种植年限的增加而增加,在16 a和40 a梭梭林土壤剖面中有显著积累。梭梭种植16 a和40 a后,0~10 cm土层SOC含量较未造林沙地分别增加3.3倍和5.7倍、0~100 cm土壤剖面盐分含量分别增加5.4倍和6.5倍,表明梭梭生长发育过程中土壤盐分积累较SOC和养分积累更为显著。盐分的积累可能对草本植物的生长发育产生负效应,进而影响人工植被系统的稳定性。在流动沙地建植人工梭梭林40 a的时间序列上,土壤从干旱砂质新成土向干旱正常新成土发育;随着盐分的进一步积累和干旱区钙化过程,最终可能演变为钙积正常干旱土,但需更长时间尺度的观测研究。

关键词：固沙梭梭林种植时间序列土壤盐分土壤有机碳全氮绿洲边缘

河西边缘绿洲荒漠沙地开垦后土壤性状演变及土壤碳积累研究

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中国农业科学 2017年第9期50卷 1646-1654页

作者：苏永中张珂刘婷娜范桂萍王婷中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室

【目的】土壤养分变化及碳积累过程是评价绿洲农田生态系统结构、功能和生产力演化的重要指标。本研究的目的是通过了解西北干旱区自然荒漠开垦为灌溉农田后该指标的变化,揭示干旱区新垦农田土壤发育及演变规律,为新垦沙地持续利用提供... 详细信息

【目的】土壤养分变化及碳积累过程是评价绿洲农田生态系统结构、功能和生产力演化的重要指标。本研究的目的是通过了解西北干旱区自然荒漠开垦为灌溉农田后该指标的变化,揭示干旱区新垦农田土壤发育及演变规律,为新垦沙地持续利用提供指导。【方法】选择河西走廊中段临泽边缘绿洲0—46年开垦时间序列的沙地农田,取样分析0—60 cm土壤剖面的物理、化学性状变化及碳积累特征,通过比较2008年与2014年的耕层土壤(0—20 cm)测定结果,分析近几年土壤性状的变化。【结果】耕层土壤砂粒含量随开垦利用年限的增加而逐渐降低,但显著的变化发生在开垦16年后的农田,且最近10年土壤粒级组成变化不明显;在沙地开垦后的最初20年,耕层土壤有机碳(SOC)及全氮含量呈线性增加,20年后增加趋势减缓。开垦46年后,SOC、全氮、碱解氮、速效磷含量分别增加了9.0倍、6.3倍、6.3倍和13.5倍,耕层土壤无机碳(SIC)含量增加了77.1%;速效钾随开垦年限的增加呈先降低而后增加的趋势。20—40 cm和40—60 cm土层SOC及氮、磷、钾养分含量随开垦年限延长而逐渐增加,但变化幅度小于耕层土壤。2008—2014年的6年间,不同开垦年限的同一地块耕层土壤粒级组成未发生变化,但SOC及氮、磷、钾养分有明显的积累。沙地开垦46年后0—60 cm土层SOC、SIC和全碳的年平均固存量分别为0.75、0.79和1.47 kg·hm-2·a-1;SOC的积累主要发生在0—20 cm耕作层,而SIC的积累在40—60 cm土层。荒漠沙地转变为灌溉农田后有巨大的碳固存潜力;土壤黏粉粒增加对SOC及养分的积累和保持起重要作用。【结论】沙地开垦为灌溉农田后,随利用年限的增加,土壤肥力显著改善,但开垦46年后土壤肥力仍处于较低水平。对新垦沙地农田,要实现土地可持续利用和生产力持续提高,须采取提升土壤肥力水平的农田管理措施。

关键词：土壤性状变化土壤碳积累开垦时间序列荒漠沙地河西走廊绿洲

干旱区绿洲扩张方式对土壤生物优势类群及功能的影响

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生物多样性 2018年第10期26卷 1116-1126页

作者：刘继亮李锋瑞中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站兰州730000 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000

内陆干旱区人口数量急剧增加驱动了绿洲快速扩张,扩张方式主要包括:灌木地、林地和农地扩张,尚缺乏绿洲扩张方式对土壤生物多样性和生态系统服务功能影响的研究。本文以河西走廊黑河中游张掖绿洲为研究区域,选择绿洲边缘天然草地及其转... 详细信息

内陆干旱区人口数量急剧增加驱动了绿洲快速扩张,扩张方式主要包括:灌木地、林地和农地扩张,尚缺乏绿洲扩张方式对土壤生物多样性和生态系统服务功能影响的研究。本文以河西走廊黑河中游张掖绿洲为研究区域,选择绿洲边缘天然草地及其转变的人工梭梭(Haloxylonammodendron)灌木地(无灌溉)、人工杨树(Populusgansuensis)林地(灌溉)、玉米(Zeamays)地(灌溉+施肥)为研究对象,测定了4种生境土壤食物网中9种优势功能类群的密度以及反映土壤生态系统功能特征的有机碳储量、氮储量、磷储量与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性。主要结果如下:(1)灌木地扩张显著降低了甲螨、植食性昆虫密度,增加了跳虫、捕食性螨密度和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响;林地扩张增加了捕食性节肢动物、植食性昆虫、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌OTUs,对其余类群无显著影响;农地扩张增加了蚓类、捕食性节肢动物、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响。(2)林地和灌木地扩张显著提高了土壤有机碳储量和氮储量,而农地扩张显著提高了土壤有机碳储量、氮储量和磷储量。(3)3种扩张方式显著提高了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性,玉米地和杨树林地土壤酶活性的增幅高于灌木地。人工绿洲扩张方式显著和有差异地改变了土壤食物网结构及其生态功能水平,该结果对建立基于土地利用结构优化调控的人工绿洲生物多样性保护管理新方法具有重要意义,并为人工绿洲生态系统功能稳定性评价研究提供了基础资料。

关键词：内陆干旱区人工绿洲扩张土地利用变化土壤生物土壤食物网结构生态服务功能

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黑河上游径流对极端气候变化的响应研究

高原气象 2020年第1期39卷 120-129页

作者：程文举席海洋张经天中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室/阿拉善荒漠生态-水文试验研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

为深入认知黑河上游径流变化与极端气温、极端降水指数间的关联机制,使用1960-2014年黑河上游祁连、托勒、野牛沟3个气象站点的逐日气温、降水资料和莺落峡水文站逐日径流量资料,通过趋势分析、相关分析、多元回归分析和主成分分析等方... 详细信息

为深入认知黑河上游径流变化与极端气温、极端降水指数间的关联机制,使用1960-2014年黑河上游祁连、托勒、野牛沟3个气象站点的逐日气温、降水资料和莺落峡水文站逐日径流量资料,通过趋势分析、相关分析、多元回归分析和主成分分析等方法,分析黑河上游极端气候指数和极端水文事件的变化趋势、极端气候指数与径流的相关关系以及径流对降水的滞后效应。结果表明:(1)黑河上游表征低温的极端气温指数呈下降趋势,表征高温的气温指数呈上升趋势。极端降水指数呈小幅增加趋势。年极端洪水总量呈增加趋势,极端枯水呈显著减少趋势,与黑河上游径流总量增加的变化趋势一致。(2)极端降水指数与极端洪水总量的相关性显著,说明黑河上游极端降水是影响极端洪水总量的主要因素。(3)洪水对祁连站降水量的响应存在1~2天的滞后期,初步分析得出黑河上游降水量的时间和空间差异以及东、西支河流河网密度的差异是产生滞后性响应的主导因子。

关键词：黑河流域径流极端气候响应

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基于地下水位变化的荒漠河岸林蒸散估算

高原气象 2019年第1期38卷 179-186页

作者：张经天席海洋王春林李培都中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室/阿拉善荒漠生态-水文试验研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

深根植物生长季蒸腾耗水是河岸林消耗地下水的主要方式之一,是荒漠绿洲水分循环的重要环节,因而有效估算荒漠河岸林蒸散对于河岸林管理具有重要的意义。本研究利用地下水位日波动方法对额济纳绿洲荒漠河岸林进行了蒸散估算研究,结果表... 详细信息

深根植物生长季蒸腾耗水是河岸林消耗地下水的主要方式之一,是荒漠绿洲水分循环的重要环节,因而有效估算荒漠河岸林蒸散对于河岸林管理具有重要的意义。本研究利用地下水位日波动方法对额济纳绿洲荒漠河岸林进行了蒸散估算研究,结果表明基于地下水日波动方法估算得到的七道桥胡杨林蒸散量与涡度相关和FAO-PM方法得到的蒸散结果变化趋势较为一致,且显著相关,说明地下水位日波动方法可以用于估算极端干旱的荒漠河岸林下的植被蒸散发量。最后探讨了考虑植物夜间蒸腾的地下水位日波动方法,新方法的蒸散估算较原始地下水位日波动方法的蒸散估算占涡度观测蒸散的比例从70%提高到了90%。

关键词：荒漠河岸林蒸散地下水位地下水位日波动法

荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

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干旱区地理 2020年第2期43卷 388-397页

作者：张经天席海洋中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室/阿拉善荒漠生态—水文试验研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河... 详细信息

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明:额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降,非生长季上升的变化特征;在植物生长季内,地下水位具有白天下降,夜间上升的日周期变化特征,且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源,在分水过程中,距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大,分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小,分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失,从2013-2015年6次分水事件结束后,地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。

关键词：荒漠河岸林地下水位河道渗漏地下水补给

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长江源区大气降水化学特征及离子来源

环境科学 2019年第10期40卷 4431-4439页

作者：汪少勇何晓波吴锦奎丁永建胡召富王利辉杨贵森中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

基于长江源区冬克玛底流域2013年6~9月采集的64个降水样品,分析了降水的pH值、电导率及离子浓度特征,并应用因子分析、相关分析、富集因子及后向轨迹法,讨论了降水离子主要来源及其与大气环流的联系.结果表明,长江源区冬克玛底流域降水p... 详细信息

基于长江源区冬克玛底流域2013年6~9月采集的64个降水样品,分析了降水的pH值、电导率及离子浓度特征,并应用因子分析、相关分析、富集因子及后向轨迹法,讨论了降水离子主要来源及其与大气环流的联系.结果表明,长江源区冬克玛底流域降水pH值变化范围为5. 26~9. 25,加权平均值为6. 70;电导率变化范围为0. 23~28. 70μS·cm-1,加权平均值为3. 45μS·cm-1,低于瓦里关全球大气本底站降水电导率;总离子浓度变化范围为7. 0~376. 9μeq·L-1,平均总浓度仅为40. 8μeq·L-1;各离子加权平均浓度大小顺序为:HCO3-> NH4+> Ca2+> NO3-> SO42-> Na+> Cl-> K+> Mg2+;HCO3-、NH4+、Ca2+和NO3-是降水中的主要离子,占总离子浓度的74. 75%;相对酸度(FA)分析表明,有97. 8%的降水酸度被碱性物质中和,同时中和因子(NF)分析表明NH4+和Ca2+对降水酸性的中和起主导作用;研究区降水离子主要来自陆源的贡献,而来自海源的输入则相对较少;结合气团的后向轨迹分析发现,不同来源的总离子浓度差异明显,其加权平均浓度大小顺序为:局地源>西风源>季风源,表明不同的大气环流背景和气团来源对降水化学组成具有重要影响.长江源区大气降水受人类活动影响较小,其降水化学特征一定程度上可以代表偏远地区的大气质量状况和本底值.研究结果能够为长江源区水质的保护以及为评估人类活动对该区域大气环境的影响提供科学依据.

关键词：青藏高原长江源区大气降水化学离子来源

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近70 a黑河径流量周期特征变化规律

兰州大学学报（自然科学版） 2018年第1期54卷 32-38页

作者：李培都司建华冯起鱼腾飞赵春彦中国科学院西北生态环境资源研究院阿拉善荒漠生态水文实验研究站/内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京101408

根据黑河不同水文站点的监测资料,利用Mann-Kendall法和小波分析对莺落峡、正义峡、哨马营和狼心山水文站径流量序列进行了分析.结果表明:莺落峡、正义峡、哨马营和狼心山的年径流量距平百分率分别呈逐年增加、减少、增加、减少态势,10 ... 详细信息

根据黑河不同水文站点的监测资料,利用Mann-Kendall法和小波分析对莺落峡、正义峡、哨马营和狼心山水文站径流量序列进行了分析.结果表明:莺落峡、正义峡、哨马营和狼心山的年径流量距平百分率分别呈逐年增加、减少、增加、减少态势,10 a增长率分别为3.051%、-3.149%、21.24%、-2.092%,各个站点径流量趋势变化不同;根据小波系数等直线图,莺落峡、正义峡分别在35~60、30~45 a尺度上特征明显,哨马营、狼心山分别在5~10、8~15 a尺度上特征显著,狼心山大尺度特征较为明显,小尺度特征很平稳且具有全域性;莺落峡、正义峡、哨马营和狼心山对应的主控周期分别为44、44、7、5 a,近10 a丰枯情况依次为丰、枯、枯、丰,同一流域的不同河段,主控周期不一致.

关键词： Mann-Kendall突变检验小波分析径流量黑河流域

1958—2015年敦煌及周边地区极端降水事件的时空变化特征

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高原气象 2018年第2期37卷 535-544页

作者：李培都司建华冯起赵春彦王春林中国科学院西北生态环境资源研究院阿拉善荒漠生态水文实验研究站/内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京101408

敦煌阳关南临祁连山,每年汛期都会受到来自肃北、阿克塞和当地洪水的影响,2~3年就有一场特大洪灾,同时洪水携带的泥石流不仅污染了当地赖以生存的唯一水源,还造成水资源的严重破坏。基于敦煌及周边邻近1958 2015年6个气象站点全年逐日... 详细信息

敦煌阳关南临祁连山,每年汛期都会受到来自肃北、阿克塞和当地洪水的影响,2~3年就有一场特大洪灾,同时洪水携带的泥石流不仅污染了当地赖以生存的唯一水源,还造成水资源的严重破坏。基于敦煌及周边邻近1958 2015年6个气象站点全年逐日降水资料(祁连站资料为1958 2013年),采用Manner-Kendall突变检验、小波分析和Kriging插值等方法分析了敦煌及周边地区地区极端降水事件的变化趋势、周期特征及空间分布特征。结果表明,极端降水频次除了马鬃山呈现减少趋势外,敦煌、瓜州、酒泉、玉门和祁连均呈现增长趋势,极端降水频次的年倾斜增率分别为-0.063,0.127,0.072,0.138,0.104和0.638 d·(10a)^(-1);在极端降水强度突变分析中,UF统计量呈倒"V"型变化趋势,即发生了先增加后减少的变化趋势,发生变化的时间点为1980年左右;根据极端降水强度小波方差分析可知,在研究时段内敦煌、瓜州、酒泉、马鬃山、玉门和祁连控制极端降水强度的主控周期有53,22,36,56和58年时间尺度,日最大降水量、极端降水总量和极端降水强度都呈现出从西到东的梯度增加趋势空间分布特征。

关键词：敦煌及周边地区极端降水事件时空变化